ЯЗЫК 
English
русский
Español
Контент
- 1 Прямой ответ: с чего начать с идей литья алюминия
- 2 Почему алюминий является основным металлом для литейных проектов
- 3 Соответствие процесса кастинга проекту
- 4 Двенадцать идей проектов литья алюминия, которые стоит воплотить в жизнь
- 5 Правила проектирования моделей и пресс-форм, которые предотвращают неудачную заливку
- 6 Выбор подходящего алюминиевого сплава для работы
- 7 От черновой отливки к готовому изделию: варианты обработки поверхности
- 8 Распространенные дефекты литья и как их обнаружить на ранней стадии
- 9 Планирование времени, материалов и энергии для проекта литья алюминия
Прямой ответ: с чего начать с идей литья алюминия
Самый работоспособный алюминиевое литье идеи делятся на четыре практические группы: декоративная фурнитура и архитектурные детали, такие как ручки для ящиков, таблички с номерами домов и кронштейны для перил; функциональные запасные части для двигателей и механизмов, такие как клапанные крышки, впускные патрубки и монтажные кронштейны; цеховая оснастка, такая как приспособления, крепежные пластины и выравнивающие блоки; а также скульптурные или выставочные экспонаты, такие как медальоны, маркеры растений и небольшие статуи. Для первого проекта гравитационное литье в песчаные формы с использованием Алюминиевый сплав А356 это самая щадящая отправная точка. A356 имеет комфортный диапазон заливки примерно от 705 до 760 градусов C, хорошо заполняет тонкие сечения и обеспечивает чистоту обработки после прохождения термообработки T6.
Печь, работающая на пропане, построенная из стального трубчатого корпуса с огнеупорной или керамической футеровкой, может расплавить 2-5 килограммовую загрузку чистого алюминиевого лома или слитка. от 25 до 40 минут , комфортно достигая температуры заливки более 700 градусов Цельсия, необходимой для чистого заполнения. Это основная причина, по которой идеи литья алюминия настолько доступны по сравнению с бронзой, для которой требуется температура от 950 до 1000 градусов по Цельсию, или чугуном, который работает при температуре выше 1370 градусов по Цельсию. В сочетании с соотношением прочности к весу, близким к одной трети плотности стали после термообработки, алюминиевые отливки оказываются действительно полезными, а не просто декоративными.
Почему алюминий является основным металлом для литейных проектов
Прежде чем принять решение о проекте, полезно знать конкретные свойства материала, которые делают алюминий литейным и долговечным. Цифры ниже объясняют, почему алюминий присутствует во всем: от блоков двигателей до рамок для фотографий и садовых украшений.
Низкая температура плавления, широкий технологический диапазон
Чистый алюминий плавится при температуре 660,3 градуса Цельсия, а обычные литейные сплавы плавятся в диапазоне примерно от 555 до 650 градусов Цельсия в зависимости от содержания кремния и меди. Этот диапазон находится в пределах досягаемости для печей, работающих на пропане, природном газе или даже на угле, чего нельзя сказать о сплавах на основе меди или чугуне.
Текучесть для тонкостенных сечений
Алюминий-кремниевые сплавы, такие как А356 и А380, остаются текучими достаточно долго, чтобы заполнить участки стенок толщиной до от 2,5 до 3 мм в песчаных формах и примерно до 1 мм при литье под давлением. Вот почему тонкие декоративные панели, решетки и корпуса можно отливать, а не изготавливать из цельной заготовки.
Прирост прочности после термообработки
Литой A356 имеет предел прочности около 159 МПа. Термическая обработка Т6, то есть обработка раствором при температуре около 540 градусов C с последующей закалкой в воде и старением при температуре примерно 155 градусов C в течение 4–6 часов, повышает это значение примерно до 262 МПа с удлинением от 5 до 7 процентов.
Пригодность к вторичной переработке и предсказуемая стоимость материала
Алюминий можно переплавлять повторно, потеряв от окисления всего лишь 5–8 процентов за цикл. Алюминиевый лом колес, профилей и деталей двигателя обычно стоит от 1,50 до 3,00 долларов США за фунт, а новый слиток стоит от 2,50 до 4,00 долларов США за фунт, что позволяет прогнозировать затраты на материалы для повторных проектов.
Соответствие процесса кастинга проекту
Одна и та же идея литья алюминия может быть реализована с помощью нескольких различных процессов, и выбор меняет стоимость оснастки, достижимую чистоту поверхности и то, сколько деталей имеет экономический смысл производить за один проход.
| Процесс | Типичный размер серии | Поверхностная обработка | Толерантность | Стоимость оснастки | Лучше всего подходит для |
|---|---|---|---|---|---|
| Литье в песок | от 1 до 50 штук | От 250 до 500 микродюймов Ra | плюс-минус 1,5 мм на 25 мм | Модель от 20 до 150 долларов США | Кронштейны, плакетки, единичные прототипы |
| Постоянная форма (гравитация) | От 100 до 10 000 штук | От 100 до 200 микродюймов Ra | плюс-минус 0,5 мм | Форма от 500 до 3000 долларов США | Колеса, корпуса, повторяющаяся фурнитура |
| Инвестиции (потерянный воск) | от 1 до 1000 штук | От 60 до 125 микродюймов Ra | плюс-минус 0,13 мм на 25 мм | От 50 до 500 долларов США за образец | Детализированные скульптуры, медальоны, ювелирные детали. |
| Литье под высоким давлением | 10 000 плюс штук | От 32 до 63 микродюймов Ra | плюс-минус 0,1 мм | Инструменты от 10 000 до 100 000 долларов США | Корпуса массового производства, автомобильные кронштейны |
Двенадцать идей проектов литья алюминия, которые стоит воплотить в жизнь
В приведенном ниже списке мы переходим от простых декоративных деталей к функциональным механическим деталям, которые грубо упорядочены по возрастанию сложности рисунка и требований к допускам. Каждая идея включает практическое примечание о сплаве или толщине стенок, чтобы проект мог перейти от идеи к образцу.
- Изготовленные на заказ ручки для ящиков и фурнитура для шкафов - отлит из A356 с готовой стенкой толщиной от 4 до 6 мм, затем отполирован или анодирован для обеспечения единообразного вида на кухне или в мастерской.
- Таблички с номерами домов с гравировкой - отливки с плоской задней частью размером примерно 150 на 100 на 6 мм, отлитые в песке, а затем подвергнутые пескоструйной обработке зернистостью 80 для получения матовой, устойчивой к атмосферным воздействиям поверхности.
- Накладки на рукоятки инструментов и эргономичные ручки - отлита вокруг вставки из стального сердечника из сплава 535.0, выбранного из-за его гладкой полировки на изогнутых поверхностях.
- Чехлы на сцепное устройство прицепа и заглушки буксирных точек - производятся методом гравитационного литья в постоянные формы со стенками толщиной от 3 до 5 мм, затем покрываются порошковой краской для длительной устойчивости к ультрафиолетовому излучению.
- Клапанные крышки для мотоциклов и квадроциклов - сложная конструкция ребер охлаждения способствует литью стержней в песчаные формы с использованием A356-T6, рассчитанного на непрерывную работу при температуре примерно до 200 градусов C.
- Садовые украшения и маркеры для растений - тонкостенные отливки толщиной около 2-3 мм, оставленные в литом состоянии или покрытые прозрачным защитным лаком.
- Корпуса светильников и цоколи ламп - полые отливки из песчаных форм с удаленными после заливки внутренними стержнями и последующей механической обработкой под электропроводочные каналы.
- Ножки для мебели и кронштейны для ножек стола - несущие детали, для которых необходимы внутренние скругления не менее 3 мм во избежание возникновения повышенных напряжений, отлиты из A356-T6.
- Пряжки для ремней и наградные медальоны - литье по выплавляемым моделям позволяет улавливать мелкие рельефные детали размером примерно до 0,5 мм, что идеально подходит для гравировки логотипов или текста.
- Запасные детали впускного и поплавкового бачка для старинных двигателей - Сплав A380 обеспечивает хорошую топливную стойкость и обрабатываемость резьбовых отверстий.
- Изготовленные на заказ центральные колпаки колес - Инструменты для постоянной пресс-формы обеспечивают повторяемый допуск на диаметр, необходимый для запрессовки, а затем полируют до зеркального блеска.
- Пластины для крепления магазина и приспособления для выравнивания - Функциональная оснастка, отлитая из A356-T6, с ребристой нижней стороной, которая повышает жесткость без увеличения массы.
Правила проектирования моделей и пресс-форм, которые предотвращают неудачную заливку
Три дизайнерских привычки отличают чистую заливку от отливки, полной трещин, пустот или незаполненных углов. Толщина стенки, угол уклона и радиус скругления влияют на то, как затвердевает алюминий, и каждый из них легко исправить на этапе изготовления модели, но потом исправить дорого.
Толщина стенки: при отливках в песчаные формы стенки должны иметь толщину минимум 3 мм, а толщина от 4 до 6 мм гораздо более надежна для деталей конструкции, поскольку более тонкие секции охлаждаются и затвердевают до того, как металл сможет полностью заполнить их. Отливки в постоянных формах могут иметь толщину от 1,5 до 2 мм, поскольку стальная форма быстрее отводит тепло и удерживает металл в движении дольше относительно собственного фронта затвердевания.
Угол уклона: Вертикальные грани модели, отлитой из песка, требуют уклона от 1 до 3 градусов с каждой стороны, чтобы модель поднималась чисто, не разрывая песок. Для инструментов для постоянной формы можно использовать меньшую глубину от 0,5 до 1,5 градусов, поскольку полированная стальная поверхность отделяется легче, чем утрамбованный песок.
Радиус скругления: каждый внутренний угол должен иметь радиус скругления, равный или превышающий локальную толщину стенки, при этом практический минимум должен составлять 3 мм. Острые внутренние углы концентрируют напряжение по мере того, как отливка остывает и сжимается, и являются наиболее распространенной отправной точкой для горячих разрывов.
Допуск на усадку и почему выкройки выходят слишком большого размера
Алюминий сжимается в три этапа при переходе из жидкого состояния в холодное твердое вещество: усадка жидкости примерно от 3,5 до 6 процентов по объему, усадка при затвердевании примерно от 3,0 до 8,5 процента в зависимости от сплава и усадка при охлаждении в твердом состоянии примерно 1,3 процента линейный для A356 между температурой солидуса и комнатной температурой. Производители выкроек компенсируют последний этап, сокращая выкройку по размеру с использованием правила усадки, обычно около 5/32 дюйма на фут, что близко к показателю в 1,3 процента для A356. В качестве рабочего примера готовый размер 300 мм в формате A356 должен начинаться с размера шаблона около 303,9 мм, рассчитанного как 300, умноженное на 1,013.
| Сплав | Допуск на линейную усадку | Примерное правило выкройщика |
|---|---|---|
| А356.0 | 1,3 процента | 5/32 дюйма на фут |
| А380.0 | 1,6 процента | 3/16 дюйма на фут |
| 443.0 | 1,3 процента | 5/32 дюйма на фут |
| 535.0 | 1,4 процента | От 5/32 до 3/16 дюйма на фут |
Выбор подходящего алюминиевого сплава для работы
Выбор сплава влияет на текучесть во время заливки, прочность после термообработки, коррозионную стойкость, обрабатываемость и то, насколько хорошо поверхность реагирует на полировку или анодирование. В таблице ниже сравниваются четыре сплава, которые подходят для большинства идей литья алюминия, от конструкционных кронштейнов до полированной декоративной фурнитуры.
| Сплав | Основные легирующие элементы | Предел прочности | Удлинение | Лучшее для |
|---|---|---|---|---|
| А356.0 (T6) | Кремний 7%, Магний 0,35% | 262 МПа | от 5 до 7 процентов | Конструктивные отливки, колеса, кронштейны |
| А380.0 | Кремний 8,5%, Медь 3,5% | 324 МПа | 3 процента | Литье под давлением, корпуса, детали топливной системы |
| 443.0 | Кремний 5,2% | 130 МПа | 9 процентов | Морская фурнитура, коррозионностойкая арматура |
| 535,0 (Алмаг 35) | Магний 6,8% | 241 МПа | 9 процентов | Полированные декоративные детали, анодированная фурнитура. |
Более высокое содержание кремния улучшает текучесть и уменьшает горячее разрушение, поэтому для обработки тонких или сложных сечений предпочтительны сплавы A380 и A356, но те же частицы кремния ускоряют износ режущего инструмента, поэтому для обработки этих сплавов рекомендуется твердосплавный инструмент. 535.0, напротив, не содержит кремния, и его обрабатывают стандартными инструментами из быстрорежущей стали, что в сочетании с его сильной реакцией на механическую полировку является причиной того, что он остается популярным для декоративного литья с зеркальной полировкой.
От черновой отливки к готовому изделию: варианты обработки поверхности
Отливка прямо из формы имеет шероховатую, песчаную или текстурированную поверхность и острые выступы, которые необходимо удалить, прежде чем деталь будет выглядеть или функционировать так, как задумано. Пять процедур, приведенных ниже, охватывают большинство идей по литью алюминия: от быстрой очистки до зеркальной полировки экспоната.
Зачистка и удаление заусенцев
Ворота, стояки и облицовка удаляются с помощью угловой шлифовальной машины, ленточной пилы или ручного напильника. Для партий мелких деталей применяется виброгалтовка с керамическим материалом. от 4 до 8 часов скругляет края и удаляет заусенцы на линии разъема без ручной обработки каждой детали.
Пескоструйная обработка для равномерного матового покрытия
Стеклянные шарики с зернистостью от 60 до 100, наносимые под давлением от 80 до 100 фунтов на квадратный дюйм, создают однородную атласную текстуру, которая также помогает скрыть незначительную пористость поверхности. Это обычная отделка уличных кронштейнов, маркеров растений и приспособлений для инструментов.
Механическая полировка
Использование абразивов с зернистостью 80, 120, 240, 400, 600 и 1200 с последующим использованием полировального круга и полировальной пасты может примерно за короткое время привести A356 или 535.0 к зеркальному результату. От 30 до 45 минут на небольшую часть . Сплавы с более высоким содержанием кремния, такие как A380, полируются менее равномерно, поскольку частицы кремния сопротивляются истиранию иначе, чем окружающая алюминиевая матрица.
Анодирование для обеспечения цвета и износостойкости
Анодирование серной кислотой типа II создает оксидный слой толщиной примерно от 5 до 25 микрон непосредственно на поверхности алюминия, который может принимать цвета красителей и повышает твердость поверхности примерно с 75–90 HV для чистого алюминия до примерно 300–400 HV для анодированного слоя.
Порошковое покрытие для долговечности на открытом воздухе
Порошок наносится электростатически и отверждается при температуре от 190 до 205 градусов C в течение 10-20 минут, образуя устойчивое к УФ-излучению и устойчивое к сколам покрытие, хорошо подходящее для садовых украшений, чехлов для фаркопов и других деталей, находящихся на открытом воздухе.
Распространенные дефекты литья и как их обнаружить на ранней стадии
Большинство проблем с литьем алюминия возникают по одной из шести причин, и каждая из них оставляет узнаваемый след на готовой детали. Если вы проверите их, прежде чем тратить время на отделку, вы сэкономите массу работ по полировке детали, которая никогда не выдержит.
| Дефект | Типичная причина | Как это обнаружить | Профилактика |
|---|---|---|---|
| Газовая пористость | Водород, растворенный в расплаве из поверхностной влаги | Небольшие круглые пустоты, разбросанные по поперечному сечению | Перед заливкой тщательно дегазируйте расплав и высушите инструменты и формы. |
| Усадочная пористость | Недостаточное количество подаваемого металла, так как толстые секции затвердевают в последнюю очередь. | Неравномерные пустоты возле стояков или стыков толстых секций | Подберите стояки большего размера, чем секция, которую они питают, и разместите их в самой высокой точке. |
| Холодное закрытие | Два потока металла встречаются без плавления, часто из-за низкой температуры заливки. | Видимый шов или линия в виде трещины на поверхности. | Повысьте температуру заливки и улучшите скорость литования. |
| неправильное выполнение | Металл затвердевает до того, как полость формы полностью заполнится. | Неполная отливка с закругленными незаполненными краями. | Поднимите температуру заливки, увеличьте ворота или предварительно нагрейте форму. |
| Горячее разрывание | Отливка удерживается формой, сжимаясь при высокой температуре. | Неровная трещина на переходе разделов | Добавляйте скругления, избегайте резких изменений сечения и используйте складные сердцевины. |
| Включения | Песок, оксидная пленка или шлак попадают в полость формы. | Твёрдые пятна, устойчивые к механической обработке, или пятнышки на поверхности. | Отфильтруйте литниковую систему и удалите окалину перед заливкой. |
Планирование времени, материалов и энергии для проекта литья алюминия
Базовая установка пропановой печи для хобби, включающая корпус печи, тигель, подъемные щипцы, разливочный ковш и защитное оборудование, обычно работает от 300 до 800 долларов США и может расплавить заряды от 2 до 5 килограммов. Зеленый песок для форм можно использовать повторно в течение сотен циклов с лишь незначительным пополнением добавок между заливками, в результате чего в стоимости материала на деталь преобладает сам алюминий, а не формовочная среда.
от 700 до 760 С
Типичная температура заливки для A356, достаточно высокая для чистых заливок без чрезмерного образования оксидов.
от 25 до 40 минут
Время плавления 5-килограммовой загрузки в пропановой печи для достижения температуры заливки при холодном пуске.
1,3 процента
Допуск на линейную усадку, встроенный в модели A356, между температурой заливки и комнатной температурой.
от 5 до 8 процентов
Потери при переплавке из-за окисления за цикл при повторном использовании алюминиевого лома или желобов и стояков.
При планировании времени изготовление выкройки детали средней детализации занимает от 2 до 8 часов в зависимости от того, вырезана ли она из дерева, обработана на станке или напечатана на 3D-принтере. Трамбовка формы из зеленого песка по готовому шаблону занимает от 1 до 3 часов на одну форму. Стадия плавления и заливки, включая прогрев печи, занимает от 1 до 2 часов, а охлаждение перед вытряской колеблется от 30 минут для небольших тонких деталей до 2 часов для более тяжелых секций. Обработка и отделка, в зависимости от выбранной обработки поверхности, добавляют еще от 1 до 4 часов. В целом, одна умеренно сложная идея литья алюминия может перейти от эскиза к готовой детали в течение одного рабочего дня после того, как модель будет готова, при этом большая часть этого времени будет потрачена на подготовку и отделку формы, а не на саму заливку.
